Sphalerite

Sphalerit - Zinkblende

Auführliche Informationen zur Geschichte, zu Fundstellen, zur Verwendung etc. sind im

• Mineralienportrait Sphalerit

zu finden.

Schalenblende

Siehe auch Schalenblende, einem metakolloiden Mineralgemenge aus Sphalerit und/oder Wurtzit, die auch den Hauptbestandteil der Schalenblende ausmachen; weitere Bestandteile sind häufig Galenit, Pyrit, Markasit, Calcit oder andere Carbonate.

(Zn,Fe)S

schwarz, gelb, rot, braun, farblos (selten), grün (selten)

Lumineszenz von Sphalerit

Sphalerit unter UV 365 nm

Unter UV-Licht 365 nm (gefiltert) leuchtet Sphalerit deutlich orange. Erkennbar sind Ort hoher Intensität sowie leicht andersfarbiger Lumineszenz (BB 2.2 mm; Osterzgebirge).

Lynx

Leuchtzentren und Mechanismen

Der Halbleiter Zinksulfid - ZnS, Bandlücke um 3.54 eV - an sich zeigt keine Lumineszenz. Erst Defekte (etwa Fehlstellen V_Schwefel oder induziert durch den lokalen Austausch von Schwefel durch Sauerstoff) oder Verunreinigungen mit Fremdatomen (wie z.B. Mn²⁺, Pb²⁺, Ag⁺, Cu⁺, REE^2+/3+) führen Leuchtzentren ein. Derart dotiertes (d.h. mit Fremdionen versetztes) ZnS kann unter anderem Photolumineszenz, Elektrolumineszenz, Tribolumineszenz, persistente Lumineszenz, Thermolumineszenz, Cathodolumineszenz aufweisen. Den jeweiligen Prozessen unterliegen Mechanismen, die teils nur der Verunreinigung und teils den Halbleitereigenschaften und weiteren Defekten zuzuschreiben sind. Natürlicher Sphalerit zeigt einen Teil der Phänomene, die im synthetischen Stoff gezielt optimiert und verändert werden.

Im Mineral Sphalerit muss die Lumineszenz keineswegs orange sein, auch blau und grün sind als Lumineszenzfarben möglich, siehe in der Galerie unten. Die Lumineszenzfarbe hängt dabei am Aktivator, der als Fremdion eingebaut ist. Die häufigsten Formen sind:

ZnS mit Defekten → blau
ZnS:Mn²⁺ → orangerot
ZnS:Ag⁺ → blau
ZnS:Cu⁺ → grün
ZnS:Pb²⁺ → grün
ZnS:Cd²⁺ → gelb bis rot

Durchaus nicht unüblich sind Spuren von Cd²⁺ in Sphalerit. Dominant in natürlichem Sphalerit dürfte allerdings die orangerote Lumineszenz aufgrund von Verunreinigungen mit Mn²⁺ sein.

Synthetisches Zinksulfid als Leuchtstoff

ZnS:Mn (Mangan-dotierter Sphalerit) unter UV 365nm

Synthetischer Sphalerit dotiert mit Mangan (d.h. ZnS:Mn) leuchtet unter UV 365nm orange. Die Synthese erfolgte mit allgemein zugänglichen Materialien (BB rund 25 mm).

Lynx

Sphalerit (und auch die Hochtemperaturmodifikation Wurtzit) ist ein lange bekannter und vielfach genutzter und produzierter Leuchtstoff (Phosphor - hier ist nicht das Element gemeint, sondern allgemein eine Substanz, die Lumineszenz aufweist). In synthetischer Form begegnet uns Sphalerit (und Wurtzit) zumeist als Cu²⁺ (+weitere Zutaten wie Cl^-) dotierter grüner Leuchtstoff. Vielfach sind einfache, grün nachleuchtende Markierungen oder Farben eben mit diesem Leuchtstoff beladen. Weitere breite Verwendung findet (fand) blau leuchtender, Ag⁺ dotierter Sphalerit als elektrolumineszenter Phosphor in Displays. Auch Au-dotiertes ZnS wird eingesetzt. Das Bild rechts zeigt mit haushaltsüblichen Mitteln synthetisiertes ZnS:Mn²⁺, orangerot leuchtend unter UV-Beleuchtung. Details zu Herstellung im Forum).

Links und Literatur:

(1) wikipedia: Zinc sulfide
(2) Virpal, Hastir, A., Kaur, J., Singh, G., & Singh, R. C. (2015, May). Photoluminescence study of ZnS and ZnS: Pb nanoparticles. In AIP Conference Proceedings (Vol. 1661, No. 1, p. 050011). AIP Publishing LLC.
(3) Poelman, D., Van Haecke, J. E., & Smet, P. F. (2009). Advances in sulfide phosphors for displays and lighting. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 20(1), 134-138.
(4) Smet, P. F., Moreels, I., Hens, Z., & Poelman, D. (2010). Luminescence in sulfides: a rich history and a bright future. Materials, 3(4), 2834-2883.
(5) Williams, F. E. (1957). Nature of Luminescent Centers in Alkali Halide and Zinc Sulfide Phosphors. JOSA, 47(10), 869-876.
(6) Bube, R. H. (1953). Electronic transitions in the luminescence of zinc sulfide phosphors. Physical Review, 90(1), 70.
(7) Thornton, W. A. (1956). Electroluminescence in zinc sulfide. Physical Review, 102(1), 38.
(8) Lehmann, W. (1963). Electroluminescent (Zn, Cd) S: Cu Phosphors. Journal of The Electrochemical Society, 110(7), 759.
(9) Yen, W. M., & Weber, M. J. (2004). Inorganic phosphors: compositions, preparation and optical properties. CRC press.

Autor: Lynx
Version: 1.0 vom 04.10.2021
Eingebunden auf Anregung von felsenmammut siehe auch: Beitrag 67ff

kubisch

3.5 - 4

pegmatitisch, pneumatolytisch, sedimentär, hydrothermal